近年來，伴隨CCD和DSP技術(shù)的日趨進步，低照度攝像機雖然日趨成熟穩(wěn)定，并在不少領(lǐng)域中使用，但行業(yè)專家認為低照度攝像機并非是市場主流，只有在一些特定的情況下被應(yīng)用，如添加光源成本較高或不便于安裝光源的情況下，低照度攝像機才能發(fā)揮作用。所為何故?目前低照度攝像機發(fā)展遭遇哪些困境?如何才能實現(xiàn)破繭成蝶?

　　曲高和寡

　　2011年作為“十二五”開局之年，中國安防行業(yè)發(fā)展將依舊波瀾壯闊。據(jù)了解，除了直接投資近1000億元的全國城市報警與監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)試點工程(即“3111”試點工程)進入整體推進階段外，安防在高鐵建設(shè)、高速公路建設(shè)、地鐵城軌、城市智能交通、校園監(jiān)控、社區(qū)家庭等細分行業(yè)中的需求也在增長。此外，大型活動帶動的需求同樣不容忽視，即將迎來8月12日第26屆世界大學(xué)生運動會的深圳，其供大運會使用的智能交通系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和安保系統(tǒng)等，就將投入30多億元。

　　然而，作為前端監(jiān)控的一份子——低照度攝像機并沒有跟上安防的大跨步節(jié)奏。據(jù)Cantronic Systems市場營銷執(zhí)行副總裁Jon Chynoweth稱，就全球市場來看，低照度攝像機的市場規(guī)模僅有3億美元左右，這些攝像機也主要用于特殊場合或者偏遠區(qū)域，如一些機要區(qū)域、關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施、化工廠、邊檢控制、港口入境和邊防。

　　尋根認祖

　　除了最原始的增加補光燈或紅外燈、選用大靶面CCD(該方法百萬像素攝像機普遍采用)外，長期來改善低照度成像效果的手段不外乎下面幾種。

　　選用高靈敏度CCD，目前攝像機大多采用兩大系列CCD, 一是索尼的SUPPER HAD CCD 系列，另一是索尼的EX-VIEW HAD CCD 系列。EXVIEW HAD CCD將CCD 每一像素的開口率提高，進而達到更低照度。技術(shù)資料介紹EXVIEW HAD CCD的低照效果是 SUPPER HAD CCD 的4~6 倍，實際上確實有提升;

　　· 彩轉(zhuǎn)黑技術(shù)，目前采用這一技術(shù)甚多，可配合使用紅外燈。轉(zhuǎn)換技術(shù)有兩種，一是采用紅外濾光片和切換電路來進行彩色/黑白轉(zhuǎn)換;另一種利用電子電路將彩色信號濾除掉，無需紅外濾光片。高端彩轉(zhuǎn)黑攝像機多采用前一種切換技術(shù)，以保證顏色還原度和清晰度;

　　· 幀累積(慢快門)技術(shù)，但慢快門的啟動使得圖像實時性變差，造成嚴重的拖尾現(xiàn)象，所以只適用于靜態(tài)場所的監(jiān)視，不宜監(jiān)控目標移動速度較快的場合;

　　· 數(shù)字降噪技術(shù)，從一些高檔低照攝像機的數(shù)字降噪表現(xiàn)來看，能在低照的噪點過多的情況下(特別是AGC啟動時)，較好地改善圖像的潔凈度和清晰度，從而提升低照成像效果，但很多攝像機在降噪功能啟動后還是會出現(xiàn)拖尾和動畫感問題。

　　從上述簡單羅列，可歸納出提升低照度下成像效果的途徑主要還是從兩方面入手：一是提高CCD自身性能;二是增加內(nèi)部軟硬件的圖像處理能力。

　　遭遇軟肋

　　近年來，低照度攝像機盡管已有長足進步，但隨著應(yīng)用要求的不斷提高，或說用戶日益的“挑剔”，也暴露出種種弊端，并制約著其進一步發(fā)展，這主要表現(xiàn)在感光器件靈敏度還不能真正滿足全天候監(jiān)控的需求、產(chǎn)品價格的劣勢，以及需求本身的強度不高。所以說，靈敏度、價格、需求強度便成了其阻礙壯大的軟肋。

　　感光器件靈敏度

　　感光器件在近幾年雖然發(fā)展迅速，但仍然與人們的期望值有較大的差距。浙江大華技術(shù)股份有限公司產(chǎn)品中心產(chǎn)品經(jīng)理江用也表示，從技術(shù)上來看制約低照度攝像機發(fā)展的最主要的因素仍是感光器件的靈敏度。如果感光器件的靈敏度不夠高，在非常微弱的自然光且不借助其他光源的情況下就會導(dǎo)致圖像噪點增多、清晰度不高、層次感不強。感光器件性能不穩(wěn)定將導(dǎo)致攝像機對被攝物體的細節(jié)分辨能力下降。所以，為了在底光照環(huán)境下也能獲得較理想的圖像效果，采用“超感度”的低照CCD是提高攝像機低照度性能、獲得理想圖像效果的最關(guān)鍵因素。

　　價格劣勢

　　其次是產(chǎn)品價格。神州數(shù)碼(中國)有限公司AMPON事業(yè)部產(chǎn)品經(jīng)理蘭柳表示，低照度攝像機器件品質(zhì)選擇要比普通攝像機高，還會應(yīng)用一些獨特的技術(shù)來進一步提升低照度性能，因此低照度攝像機的成本較高。因為不僅需要采用低照度性能優(yōu)秀的CCD，而且在產(chǎn)品設(shè)計上，要有專門的低照度電路，并采用ICR機械彩轉(zhuǎn)黑(即步進電機驅(qū)動的雙濾光片設(shè)計)等。再者，低照度攝像機的核心器件超感度CCD依然被索尼等幾家半導(dǎo)體巨頭壟斷，所以，產(chǎn)品價格仍舊居高不下。

　　此外，其他監(jiān)控攝像機對低照度產(chǎn)品也有一定的影響，如紅外一體機。實際上這兩種產(chǎn)品是互相補充的關(guān)系。一般地，紅外一體機定位在中低價位，而低照度攝像機成本較高，占據(jù)中高價位。這樣就使得既可以選擇紅外一體機，也可以選擇低照度攝像機的場合，用戶又沒有專門要求時，如果預(yù)算不足，用戶往往會更傾向于采用價格更低廉的紅外一體機產(chǎn)品。[nextpage]

　　市場需求強度不高

　　伴隨著CCD和DSP技術(shù)的日趨進步，低照度攝像機雖然日趨成熟穩(wěn)定，也在不少領(lǐng)域中使用，但行業(yè)專家認為低照度攝像機并非是市場主流，只有在一些特定區(qū)域如添加光源成本較高或不便于安裝光源的情況下，低照度攝像機才能發(fā)揮重要的作用。據(jù)統(tǒng)計，超過半數(shù)以上的應(yīng)用環(huán)境，對監(jiān)控強度的要求不是特別高，要求攝像機24小時保持高品質(zhì)監(jiān)控的場合并不多，普通攝像機就能滿足大多數(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的監(jiān)控需求。由此可見，低照度攝像機的應(yīng)用還需要克服選用上的人為因素，才能取得較大突破。

　　內(nèi)外兼修

　　深圳英飛拓科技股份有限公司市場部產(chǎn)品工程師曾小偉表示，低照度攝像機主流廠商們在熟練掌握自動光圈控制和真實日夜功能的基礎(chǔ)上(配有可切換紅外過濾器)，為了提升低照度攝像機的畫質(zhì)(尤其是夜視效果)，或改進鏡頭、調(diào)整傳感器和開發(fā)新數(shù)字信號處理，或選擇搭配增亮板卡、紅外燈等。

　　鏡頭文章大

　　鏡頭是電視監(jiān)控系統(tǒng)中必不可少的部件，鏡頭與攝像機的合適配合，可以將目標成像在攝像機的CCD靶面上。鏡頭的種類繁多，僅從焦距上分類，即可分為短焦距、中焦距、長焦距和變焦距鏡頭。據(jù)四川艾普視達數(shù)碼科技有限公司市場部經(jīng)理范清華介紹，由于鏡頭選擇得合適與否，直接關(guān)系到攝像質(zhì)量的優(yōu)劣，因此，低照度攝像機在實際應(yīng)用中必須注意合理選擇鏡頭。否則，即使選用了超感度低照度攝像機，因為鏡頭選用不當，仍不能使超感度攝像機的低照功效發(fā)揮到極致。比如，鏡頭的F值就非常重要，因為越小的F值，將會使CCD感應(yīng)到較多的光照，所以只有增大鏡頭的通光量，才能保證攝像機的感光度。再如Oncam公司特制的鏡頭可以讓較長波長的光線進入，從而可以在夜晚保證視頻的高質(zhì)量。另外，索尼公司開發(fā)了一種獨特的彩色濾光片技術(shù)，可以在昏暗的環(huán)境中捕捉到常規(guī)彩色濾光片兩倍以上的光線。

　　Effio-E方案

　　作為低照度攝像機的兩大技術(shù)主力，傳感器和數(shù)字信號處理一直是廠商積極研究開發(fā)的著力點。在此方面，索尼一直走在行業(yè)的前列，除先后推出高性能的圖像傳感器Super HAD CCD Ⅱ(高性能正孔蓄積層傳感器，能實現(xiàn)1000mV或高于1μm2的高靈敏度)和EXview HAD CCD Ⅱ(能實現(xiàn)1000mV或高于1μm2的靈敏度，并在近紅外區(qū)域提高了紅外光的效率)外，還取得了新的DSP技術(shù)進展——在2010年SONY推出了“Effio-E”(彩色高清晰數(shù)字處理技術(shù))方案。

　　什么是Effio?Effio意思是強大的功能和精細的圖像處理器。它是索尼研發(fā)推出的一種信號處理器，可以實現(xiàn)攝像機的高分辨率，高信噪比和高質(zhì)量色彩再現(xiàn)。

　　“Effio-E”方案采用SONY最先進的CCD，配合最先進的SS-4數(shù)字處理技術(shù)。全新的超寬動態(tài)技術(shù)，應(yīng)用范圍更加廣泛，并附有移動偵測，面部檢測等功能，為低照度攝像機提供優(yōu)秀畫質(zhì)。

　　索尼的“Effio”數(shù)字信號處理器，可提供高解析畫質(zhì)、高信噪比和高色彩重現(xiàn)能力，支援NTSC規(guī)格的480K有效畫素CCD，以及PAL規(guī)格的570K有效畫素CCD。通過Effio DSP與新款CCD的搭配，能達到超過650條TV lines的解析度，相較于一般標準的攝影機，這樣的方式能提供更清楚的影像畫面，其顏色信號處理器能提供理想的顏色亮度及濃度平衡。

　　Effio結(jié)合了2D及3D雜訊抑制信號處理器，能降低雜訊，即使拍攝移動中的目標物，也無損動態(tài)解析度。除此之外，Effio結(jié)合了周邊電路設(shè)計，不僅能因此縮小攝像機體積，還能減少電力消耗。

　　后自動聚焦

　　多數(shù)固定焦距的低照度攝像機在白天的(可視光線)效果更好，因為焦距對波長較短的光線更敏感。晚上切換掉紅外光濾波器，使近紅外光進入的時候，攝像機就會因為較長的波長而失去焦點。

　　松下、派爾高等公司已經(jīng)開發(fā)了自動后聚焦(ABF)技術(shù)，在焦距轉(zhuǎn)換之后，可以自動調(diào)整傳感器的位置，保證低照度攝像機的夜視效果。從彩色模式轉(zhuǎn)換到黑白模式時，具備(ABF)裝置的攝像機在CCD位置上自動進行精確調(diào)焦，從而精確地實現(xiàn)后焦。這就解決了傳統(tǒng)攝像機在取下IR濾光片后圖像會變模糊的問題。

　　另外，具有自動后焦調(diào)整功能的產(chǎn)品可以通過輕觸單一按鍵進行自動后焦調(diào)整。當從彩色模式轉(zhuǎn)換到黑白模式時，CCD 位置會自動調(diào)整，以確保全天提供準確的聚焦。[nextpage]

　　紅外偵測鎖定

　　常規(guī)的日夜轉(zhuǎn)換是感受外界可見光強度，當可見光低于預(yù)定值，則啟動轉(zhuǎn)換電路，控制濾光片動作，實現(xiàn)彩色到黑白的轉(zhuǎn)換。在實際的低照度環(huán)境中使用發(fā)現(xiàn)，攝像機可能會受到外部環(huán)境的短暫影響而誤判環(huán)境照度(如汽車大燈的照射)從黑白模式轉(zhuǎn)換為彩色模式，但此時實際的環(huán)境照度仍然比較低，汽車駛過之后，攝像機將再次從彩色模式轉(zhuǎn)回黑白模式，由此出現(xiàn)頻繁日夜轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象，并影響監(jiān)控效果，也降低了濾光片切換馬達的壽命。

　　目前，神州數(shù)碼AMPON(安朋)推出了的一款低照度攝像機帶有其自主研發(fā)的紅外偵測鎖定技術(shù)，即使是在夜間低照度情況下，也不會因某些短暫的強光干擾(例如車輛經(jīng)過時大燈的光線)而頻繁日夜切換，有利于保持監(jiān)控的穩(wěn)定性、畫面連續(xù)性和提高產(chǎn)品的使用壽命。該攝像機能自動偵測紅外光，只要紅外燈開啟，就能鎖定在夜間模式，保障攝像機穩(wěn)定工作。此外，這款攝像機具備彩色540線，黑白600線的水平清晰度，最低照度為彩色模式0.02Lux/黑白模式0.005Lux，能夠有效滿足用戶夜間監(jiān)控要求，捕捉高清晰畫面。并配置自動增益、自動白平衡、逆光補償?shù)裙δ?，使圖像更真實、更亮麗，非常適用于“平安城市”項目、道路交通監(jiān)控等需要24小時全天候監(jiān)控的場所。

　　與此同時，AMPON(安朋)在綜合考慮各種技術(shù)的優(yōu)缺點基礎(chǔ)上，推出自行開發(fā)的超低照度技術(shù)—CDS低噪前級放大器。通過二次取樣電路(CDS)，可將放大器增益提升，創(chuàng)造出額外6dB的超低照度。

　　3D+2D數(shù)字降噪

　　另外，DSP對噪點的處理在提升低照攝像機畫面質(zhì)量上其關(guān)鍵作用，也是體現(xiàn)各廠家攝像機性能差異的一環(huán)。一般的低照度攝像機由于噪點過多，常常導(dǎo)致清晰度下降。三星低照度攝像機采用其自行研發(fā)的3D+2D數(shù)字降噪技術(shù)，處理靜態(tài)畫面時使用三維濾波，而動態(tài)時則使用二維濾波。處理完畢后再進行圖像合并，出來的畫面效果顯得更加清晰和細膩。在降噪的處理上仍然可以通過畫面取樣的細分、處理算法的提升、自動增益細化等來改善低照度攝像機的效果。

　　嵌入式彩色低照度增亮板卡

　　傳統(tǒng)攝像機受拍攝環(huán)境的影響較大，在環(huán)境光線較弱的情況下攝像畫面變得昏暗不清，深圳睿思靈視訊科技有限公司研發(fā)出一種嵌入式低照度增亮板卡，該板卡可幫助攝像機顯著提升畫面的整體亮度和清晰度，避免因監(jiān)控現(xiàn)場光線不足導(dǎo)致的監(jiān)控盲區(qū)。另外，板卡可根據(jù)畫面亮度進行自動實時調(diào)整，確保輸出畫面達到最優(yōu)。

　　據(jù)睿思靈的邱工介紹，板卡采用“視網(wǎng)膜模擬+局部特征識別+圖像動態(tài)清晰化”技術(shù)，嵌入式設(shè)計，直接對鏡頭采集的視頻數(shù)據(jù)進行處理，顯著提升攝像頭在低照度下的拍攝性能，從而使攝像頭具有低照度攝像效果。從另一個角度來說，板卡也降低了實現(xiàn)低照度的成本。

　　結(jié)語

　　正如神州數(shù)碼AMPON(安朋)的蘭柳所言，低照度攝像機發(fā)展已經(jīng)較為成熟，任何一個主流廠家都在這方面投入了不少精力，開發(fā)了很多產(chǎn)品，并在諸多領(lǐng)域得以應(yīng)用。隨著技術(shù)的進步和用戶需求的細分，會有越來越多的新技術(shù)、新產(chǎn)品出現(xiàn)在低照度攝像機領(lǐng)域中，如在低照度攝像機內(nèi)置紅外偵測鎖定功能、交通功能、車輛強光抑制、雙模透霧等功能，使夜間監(jiān)控效果更出色。另一方面用戶對安防監(jiān)控的認識也越來越深入，相信在這些有利條件的催生下，低照度攝像機會有更大的發(fā)展前景。